Костюченко А.А., инженер-гидролог
Методика расчетов распространения технологической мутности и заиления дна при выполнении земляных работ в руслах малых рек
Описание методики расчета
При выполнении земляных работ в руслах рек в речной поток поступает некоторое количество взвешенных частиц грунта в дополнение к естественной мутности потока. Эти частицы нарушают естественный баланс транспорта наносов – баланс взмыва и осаждения частиц грунта речным потоком в бытовых условиях.Образуется пятно технологической мутности –объем воды с увеличенной мутностьюотносительно фоновых значений. Ниже створа земляных работ поток восстанавливает баланс наносов, за счет осаждения избытка взвешенных частиц. Поэтому, кроме изменения мутности, происходит заиление дна реки на протяженных участках ниже по течению от створа строительных работ. Как правило, земляные работы проводятся в меженный период, когда естественная мутность невелика.Земляные работырезко изменяют условия существования речных биоценозов, а также условия хозяйственного использования водных ресурсов реки.Воздействие земляных работ на реку может значительно различаться по интенсивности и протяженностив зависимости от технологии работ и гидрологических характеристик реки. Поэтому на этапе проектирования земляных работ в руслах рек необходимо предвидеть последствия для планирования защитных мероприятий и компенсациивозможных ущербов.
В Государственном гидрологическом институте в отделе русловых процессов разработана методика расчетов распространения технологической мутности и заиления дна при выполнении земляных работ в руслах малых рек при строительстве переходов линейных сооружений.Данная методика предназначена для расчета величины средней мутности при распространении пятна взвеси по длине малых рек, а также осредненныхпо участкам параметров заиления дна.Методика позволяет рассчитать объем воды, загрязненный взвешенными веществами за период работ.
В расчетной методикеиспользованы определенные упрощенияпри назначении граничных условий и в описании процессов перемещения и осаждения взвеси, которые позволяют проводить приближенный расчет по результатам стандартных инженерных изысканий и данных проекта организации строительства.
Основные упрощения в методики расчета:
· Принято, что в ненарушенных бытовых условиях транспорт наносов сбалансирован, и на расчетном участке до производства работ не было однонаправленного размыва дна или аккумуляции наносов.
· Средние морфометрические характеристики русла и гидравлические параметры потока для всего расчетного участка принимаются неизменными по длине.
· В устье реки, после впадения в водоприемник, размеры водного сечения и расхода воды резко возрастают. Принимается, что в устье реки мутность принимает фоновые значения в результате интенсивного разбавления.
· В среднем турбулентность руслового потока не оказывает влияния на характер поступления взвешенных частиц наносов к придонному слою, осаждение взвеси происходит равномерно по длине, в соответствии с гидравлической крупностью фракции.
· Расчет ведется по фракциям крупности. Гидравлическая крупность частиц принимается по нижней (меньшей) границе диапазона.
· Для малых рек (реки шириной менее 20-30 м) зона земляных работ одновременно охватывает всю или большую часть ширины реки. Принимается, что для таких рек технологическая мутность распределена в начальном створе равномерно по всему сечению. Уменьшение мутности ниже по течению до самого устья происходит только за счет осаждения частиц на дно.
В предлагаемом методе расчета использованы элементы методики «расчета дополнительной мутности и вторичного загрязнения воды при производстве дноуглубительных работ и добыче НСМ на реках и водоемах» ЛЕНГИПРОРЕЧТРАНСа[1], результаты исследований турбулентности потоков и исследования свойств наносовв Государственном гидрологическом институте [2,3].
Исходные данные для расчета и пояснения
В качестве исходных данных используются сведения о технологии работ, гидрологические и гидравлические характеристикидля расчетного участка реки и характеристики физико-механического состава грунта. Перечень исходных данных представлен в таблице 1.
Таблица 1 – Перечень исходных данных для расчета параметров технологической мутности.
| Характеристика данных | Проектные документы | Данные для расчета |
| Гидрологические и гидравлические характеристики | Инженерно-гидрометеорологические изыскания | Средняя ширина реки; Средняя глубина реки; Средняя скорость течения; Температура воды в период работ; Расстояние от створа работ до устья реки |
| Физико-механический состав грунта | Инженерно-геологические изыскания | Гранулометрический состав грунта; Плотность грунта в естественном залегании; |
| Технология работ | Рабочая документация и проект организации строительства | Объем разработки грунта в русловом отсеке; Эксплуатационная производительность землеройной техники (м3/с); |
В объем разрабатываемого грунта при проведении расчетов включается только та часть земляных работ, которая приводит к образованию мутности. Так, например, в расчете параметров мутности при строительстве трубопровода учитывается только объем разработки грунта в русле и на коротких прибрежных участках, примыкающих к береговой линии. Тогда как в проектных документах объем земляных работ при строительстве подводного перехода учитывает земляные работы между береговыми задвижками трубопровода, включая пойменные участки, которые в период строительства не затоплены и не приводят к поступлению частиц грунта в транзитный речной поток. Аналогично, в расчете образования технологической мутности при отсыпке грунтовой насыпи в русле реки следует учитывать объем призмы насыпного грунта ниже уровня воды, т.к. отсыпка верхней части насыпи (выше уровня воды) выполняется без существенного поступления грунта в транзитный поток.
В методике расчета используется эксплуатационная производительность землеройной техники, которая учитывает не только интенсивность черпания в благоприятных условиях, но и время перемещения грунта в отвалы, кратковременные технологические перерывы в работе и т.д.
Средняя ширина и глубина реки принимается по результатам промеров поперечного сеченияна участке с рельефом ненарушенным строительными работами.
Скорость течения используется средняя по сечению.
Температура воды принимается с учетом сезона строительства и используется для определения гидравлической крупности частиц грунта (скорости их осаждения в потоке). Для рек в зимних условиях с ледоставом температура принимается равной 0,2°С;для теплого сезона - как средняя в период выполнения работ.
Гранулометрический состав перемещаемого грунта определяется по данным инженерно-геологических изысканий. В расчет берутся инженерно-геологические элементы, которые слагают всю толщу разрабатываемых грунтов от бровок меженного русла до отметки дна проектной выемки (траншеи). Если грунты представлены несколькими разными инженерно-геологическими элементами принимается средневзвешенный гранулометрический состав. Весовые коэффициенты пропорциональны площади представленных инженерно-геологических элементов в геологическом разрезе по участку разработки грунтов. Диапазон крупности частиц в расчете представлен 11 фракциями в соответствии с нормативными документами гидрометеослужбы. Расчет ведется по фракциям. За расчетный диаметр принимается нижняя граница фракции.
При переходе от объема грунта к единицам массы используется плотность (т/м3). Если расчет ведется для разработки котлована или траншеи используется плотность грунта в естественном залегании. Если расчет выполняется для отсыпки грунта в русло – используется плотность рыхлого грунта. Отношение плотности грунта в естественном залегании к плотности этого же разрыхленного грунта называется «коэффициентом разрыхления». Для смеси разных грунтов в отвале допустимо принимать средний коэффициент разрыхления равный 1,15.
